DE102016124544B4

DE102016124544B4 - Verfahren zur Steuerung einer Notfalleinrichtung

Info

Publication number: DE102016124544B4
Application number: DE102016124544.5A
Authority: DE
Inventors: Thomas Rode
Original assignee: MTU Friedrichshafen GmbH
Current assignee: Rolls Royce Solutions GmbH
Priority date: 2016-12-15
Filing date: 2016-12-15
Publication date: 2018-11-08
Anticipated expiration: 2036-12-16
Also published as: WO2018108300A1; DE102016124544A1

Abstract

Verfahren zur Steuerung einer Notfalleinrichtung (100) einer Brennkraftmaschine (200), insbesondere eines Dieselmotors oder eines Gasmotors, wobei die Notfalleinrichtung (100) mindestens eine Schnellstoppeinrichtung, insbesondere mindestens eine Schnellschlussklappe (SSK-A, SSK-B) umfasst, aufweisend die Schritte:
- Initialisierung eines Betriebsstundenzählers (ZB) bei einem Auslösen der Notfalleinrichtung (100),
- Erfassen der Betriebsstundenzahl (tB) der Brennkraftmaschine,
- wiederholter Vergleich der erfassten Betriebsstundenzahl mit hinterlegten Grenzwerten, dadurch gekennzeichnet dass
- bei Überschreiten eines ersten hinterlegten Grenzwertes ein Voralarmsignal ausgegeben wird und
- bei Überschreiten eines zweiten hinterlegten Grenzwertes, der größer ist als der erste Grenzwert, ein Hauptalarmsignal ausgegeben wird,
- auf das Hauptalarmsignal hin Auswahl einer nutzerdefinierten Aktion basierend auf Hersteller- und/oder Nutzereinstellungen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung einer Notfalleinrichtung umfassend mindestens eine Schnellstoppeinrichtung, insbesondere mindestens einer Schnellschlussklappe für eine Brennkraftmaschine. Die Erfindung betrifft weiter ein Steuergerät für eine Notfalleinrichtung, ein Motorsteuergerät sowie eine Steuereinrichtung umfassend ein Motorsteuergerät, ein Steuergerät für eine Notfalleinrichtung und eine Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff des Anspruchs 9. Die Brennkraftmaschine weist eine Schnellstoppeinrichtung beispielsweise in Form mindestens einer Schnellschlussklappe in einem Luftpfad auf. Insbesondere handelt es sich bei der Brennkraftmaschine um eine Brennkraftmaschine für den Einsatz in explosionsgefährdeter Umgebung. Die Brennkraftmaschine ist insbesondere ein Gasmotor oder ein Dieselmotor.
Anwendungsfelder dieser Art von Brennkraftmaschine sind Anwendungen beispielsweise auf Öl- oder Gasplattformen sowie im Bereich des Frackings. Bei einem Motor, der in explosionsgefährter Umgebung betrieben wird, wie z.B. Frackingmotoren, kann dieser im Schadensfall brennbares Gas ansaugen. Dies kann eine ungewollte Erhöhung der Motordrehzahl verursachen und somit ein mechanisches Versagen mit Gefahr für die Umgebung bewirken.
Bekannt ist, dass bei dem oben genanntem Anwendungsfall eine Notfalleinrichtung, umfassend mindestens eine Schnellschlussklappe, vorzusehen ist, die bei ungewollter Drehzahlerhöhung den Luftpfad verriegelt. Typischerweise ist diese nach dem Verdichter und der AGR-Einmündungsstelle, also im Sammelrohr, angeordnet. Ausführungsformen solcher Schnellschlussklappen sind beispielsweise in DE 43 10 901 A1 beschrieben.
Die Funktionsbereitschaft derartiger Schnellschlussklappen wird im Stand der Technik über manuelles Auslösen der Notfalleinrichtung im Rahmen von Wartungsarbeiten sichergestellt. Dieses Vorgehen ist unsicher und manipulationsanfällig.
DE 10 2015 224 823 A1 beschreibt eine Steuerung mit Überwachungseinrichtungen für ein Steuerobjekt. DE 10 2007 038 889 A1 beschreibt ein Steuergerät mit Notabschaltung.
An dieser Stelle setzt die Erfindung an, deren Aufgabe es ist, ein Verfahren sowie Vorrichtungen anzugeben, mittels derer die Funktionsfähigkeit der Notfalleinrichtung abgesichert werden kann.
Diese Aufgabe betreffend das Verfahren wird durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 gelöst.
Insbesondere weist ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Steuerung einer Notfalleinrichtung einer Brennkraftmaschine, insbesondere eines Gasmotors oder eines Dieselmotors, wobei die Notfalleinrichtung mindestens eine Schnellstoppeinrichtung umfasst, die folgenden Schritte auf:

- Initialisierung eines Betriebsstundenzählers bei einem Auslösen der Notfalleinrichtung,
- Erfassen der Betriebsstundenzahl der Brennkraftmaschine,
- wiederholter Vergleich der erfassten Betriebsstundenzahl mit hinterlegten Grenzwerten.

Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass

- bei Überschreiten eines ersten hinterlegten Grenzwertes ein Voralarmsignal ausgegeben wird und
- bei Überschreiten eines zweiten hinterlegten Grenzwertes, der größer ist als der erste Grenzwert, ein Hauptalarmsignal ausgegeben wird,
- auf das Hauptalarmsignal hin eine Auswahl einer nutzerdefinierten Aktion basierend auf Hersteller- und/oder Nutzereinstellungen durchgeführt wird.

Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass eine zuverlässige Funktion einer Schnellschlussklappe im Notfall darüber abgesichert werden kann, dass diese innerhalb des Normalbetriebes in regelmäßigen Abständen ausgelöst wird und so Defekte, beispielsweise durch lange Standzeiten der Einrichtung, vermieden werden können.
Die Aufgabe hinsichtlich der Vorrichtung wird mit der Erfindung gelöst durch ein Steuergerät mit einem Betriebsstundenzähler, das ausgebildet ist, ein erfindungsgemäßes Verfahren durchzuführen.
Des Weiteren wird die Aufgabe gelöst durch ein Motorsteuergerät mit einem Betriebsstundenzähler, das zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahren ausgebildet ist, sowie durch eine Steuereinrichtung für eine Brennkraftmaschine mit einer Notfalleinrichtung, umfassend mindestens einer Schnellstoppeinrichtung, beispielsweise in Form mindestens einer Schnellschlussklappe in einem Luftpfad der Brennkraftmaschine mit einem Betriebsstundenzähler, die ein Motorsteuergerät und ein Steuergerät umfasst.
Das Konzept der Erfindung führt zur Lösung der Aufgabe hinsichtlich der Vorrichtung auch auf eine Brennkraftmaschine mit einer Notfalleinrichtung umfassend mindestens eine Schnellstoppeinrichtung, beispielsweise in Form einer Schnellschlussklappe in einem Luftpfad der Brennkraftmaschine und mit einem vorstehend beschriebenen Steuergerät, einem vorstehend beschriebenen Motorsteuergerät oder einer vorstehend beschriebenen Steuereinrichtung.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen und geben im Einzelnen vorteilhafte Möglichkeiten an, das oben erläuterte Konzept im Rahmen der Aufgabenstellung sowie hinsichtlich weiterer Vorteile zu realisieren.
Insbesondere ist es vorteilhaft, wenn ausschließlich Betriebsstunden, insbesondere Betriebsstundenzahlen, erfasst werden, in denen die Brennkraftmaschine mindestens im Leerlauf betrieben wird.
Vorteilhaft umfasst die nutzerdefinierte Aktion eine Wiedergabe eines akustischen oder visuellen Alarmes. Damit kann ein Nutzer deutlich gewarnt werden, dass ein über die Grenzwerte bestimmtes Intervall für die Betriebsstunden, insbesondere Betriebsstundenzahl, überschritten wurde und ein Auslösen der Notfalleinrichtung notwendig ist.
Bevorzugt umfasst die nutzerdefinierte Aktion ein Auslösen einer Startverblockung der Brennkraftmaschine, insbesondere ein Setzen eines Startverbotes, das bedeutet, die Brennkraftmaschine kann nicht mehr gestartet werden. Mit dieser Ausführungsvariante wird sichergestellt, dass der Motor nicht mehr weiter betrieben werden kann, solange unklar ist, ob die Notfalleinrichtung funktionsfähig ist.
Es ist weiterhin vorteilhaft, wenn die nutzerdefinierte Aktion ein Aktivieren der Notfalleinrichtung, insbesondere ein Schließen der mindestens einen Schnellstoppeinrichtung, also beispielsweise ein Schließen einer Schnellschlussklappe, umfasst. Damit wird sichergestellt, dass nach einem voreingestellten Betriebsintervall die Notfalleinrichtung tatsächlich ausgelöst wird.
Bevorzugt wird vor der Auswahl der nutzerdefinierten Aktion überprüft, ob die Brennkraftmaschine steht und die nutzerdefinierte Aktion wird nur durchgeführt, wenn die Brennkraftmaschine steht. Damit wird sichergestellt, dass die nutzerdefinierte Aktion den Betrieb der Brennkraftmaschine nicht unzulässig einschränkt. Die Sicherheitsmaßnahme der nutzerdefinierten Aktion, insbesondere ein Auslösen der Notfalleinrichtung, das zum Betriebsende führen würde, wird erst durchgeführt, wenn die Brennkraftmaschine, insbesondere der Motor steht (d.h. der Motor läuft nicht).
Des Weiteren ist es vorteilhaft, wenn der Betriebsstundenzähler bei erfolgreichem Erfassen einer Auslösung der Notfalleinrichtung wieder zurückgesetzt wird. Insbesondere ist es bevorzugt, dass nach dem Erfassen einer erfolgreichen Auslösung der Notfalleinrichtung, manuell oder automatisch, die Startverblockung aufgehoben wird und/oder die Wiedergabe des akustischen und/oder visuellen Alarmes beendet wird. Damit wird sichergestellt, dass nur nach einer Auslösung der Notfalleinrichtung wieder ein Normalbetrieb möglich ist und damit im Normalbetrieb die Notfalleinrichtung funktionsfähig ist.
Das Motorsteuergerät und das Steuergerät der Steuereinrichtung sind vorteilhaft signaltechnisch z.B. über einen Bus, insbesondere einen CAN-Bus, verbunden.
Ausführungsformen der Erfindung werden nun nachfolgend anhand der Zeichnung beschrieben. Diese soll die Ausführungsformen nicht notwendigerweise maßstäblich darstellen, vielmehr ist die Zeichnung, wo zur Erläuterung dienlich, in schematisierter und/oder leicht verzerrter Form ausgeführt. Im Hinblick auf Ergänzungen der aus der Zeichnung unmittelbar erkennbaren Lehren wird auf den einschlägigen Stand der Technik verwiesen. Dabei ist zu berücksichtigen, dass vielfältige Modifikationen und Änderungen betreffend die Form und das Detail einer Ausführungsform vorgenommen werden können, ohne von der allgemeinen Idee der Erfindung abzuweichen. Die in der Beschreibung, in der Zeichnung sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Weiterbildung der Erfindung wesentlich sein. Zudem fallen in den Rahmen der Erfindung alle Kombinationen aus zumindest zwei der in der Beschreibung, der Zeichnung und/oder den Ansprüchen offenbarten Merkmale. Die allgemeine Idee der Erfindung ist nicht beschränkt auf die exakte Form oder das Detail der im folgenden gezeigten und beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen oder beschränkt auf einen Gegenstand, der eingeschränkt wäre im Vergleich zu dem in den Ansprüchen beanspruchten Gegenstand. Bei angegebenen Bemessungsbereichen sollen auch innerhalb der genannten Grenzen liegende Werte als Grenzwerte offenbart und beliebig einsetzbar und beanspruchbar sein. Der Einfachheit halber sind nachfolgend für identische oder ähnliche Teile oder Teile mit identischer oder ähnlicher Funktion gleiche Bezugszeichen verwendet.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen sowie anhand der Zeichnung; diese zeigt in:

1 eine schematische Darstellung einer Steuereinrichtung mit einem Motorsteuergerät und einem funktional von der Motorsteuerung getrennten Steuergerät;
2 eine schematische Darstellung einer Brennkraftmaschine mit einer Notfalleinrichtung, umfassend zwei Schnellschlussklappen und einem Motorsteuergerät.

1 zeigt ein Ablaufdiagramm einer Ausführungsform eines Verfahrens zur Steuerung einer Notfalleinrichtung einer Brennkraftmaschine BKM. Im ersten Schritt wird ein Betriebsstundenzähler ZB bei einem Auslösen der Notfalleinrichtung 100, insbesondere einem Schließen mindestens einer Schnellstoppeinrichtung, hier mindestens einer Schnellschlussklappe SSK, initialisiert. Der Betriebsstundenzähler ZB wird also auf Null gesetzt (tB=0). Der Betriebsstundenzähler ZB erfasst dann fortlaufend die Betriebsstunden, d.h. im Wesentlichen die Betriebsstundenzahl tB, der Brennkraftmaschine, also Zeiten, in denen die Brennkraftmaschine mindestens im Leerlauf läuft (tB= tB+Δt).
Die erfasste Betriebsstundenzahl tB wird wiederholt mit hinterlegten Grenzwerten GW1 und GW2 verglichen, wobei ein erster hinterlegter Grenzwert GW1 kleiner ist als ein zweiter hinterlegter Grenzwert GW2. Ist die Betriebsstundenzahl tB größer als der erste hinterlegte Grenzwert wird ein Voralarmsignal, hier ein Gelbalarm ausgegeben. Dies kann beispielsweise in Form des Aufleuchtens einer Warnleuchte geschehen.
Wird auch der zweite hinterlegte Grenzwert GW2 überschritten, ist also die Betriebsstundenzahl tB größer als GW2, wird zunächst abgefragt, ob die Brennkraftmaschine 200 (die in dem Diagramm der 1 mit BKM abgekürzt ist) steht. Solange dies nicht der Fall ist, wird die Brennkraftmaschine im Normalbetrieb belassen. Steht die Brennkraftmaschine, wird in der hier gezeigten Ausführungsform ein Hauptalarmsignal, ein Rotalarm, ausgegeben. In einer hier nicht dargestellten Ausführungsform kann das Hauptalarmsignal auch vor der Abfrage, ob die Brennkraftmaschine BKM 200 steht, ausgegeben werden. Auf das Hauptalarmsignal hin wird basierend auf Nutzereinstellungen oder auch Herstellereinstellungen eine nutzerdefinierte Aktion ausgewählt. Eine Möglichkeit der nutzerdefinierten Aktion umfasst lediglich die Wiedergabe eines akustischen und/oder visuellen Alarmes. In bevorzugten Ausführungsformen kann zusätzlich zur Wiedergabe des Alarmes auch eine der weiteren, im Folgenden beschriebenen, Möglichkeiten der nutzerdefinierten Aktion durchgeführt werden. In einer Alternative wird die Notfalleinrichtung 100, bevorzugt automatisch, ausgelöst, also die mindestens eine Schnellschlussklappe SSK automatisch geschlossen. In einer weiteren Alternative wird ein Startverbot gesetzt, also eine Startverblockung der Brennkraftmaschine 200 ausgelöst. Erfolgt dann ein erfolgreiches manuelles oder in einer nicht gezeigten Variante auch ein automatisches Schließen der mindestens einen Schnellschlussklappe SSK erfolgt eine Startfreigabe, andernfalls bleibt die Startverblockung aufrecht.
In 2 ist eine Brennkraftmaschine 200 mit einem Motor 10 gezeigt, der im gezeigten Ausführungsbeispiel ein Gasmotor ist. Die Brennkraftmaschine 200 ist dargestellt mit einem Luftpfad LL mittels dem Ladeluft über einen Gasmischer 20 und einen Turbolader 30 angesaugt wird. Des Weiteren sind im Luftpfad LL zwei Schnellschlussklappen SSK-A und SSK-B als Schnellstoppeinrichtungen angeordnet; hier typischerweise nach dem Verdichter des Turboladers 30 und einer hier nicht gezeigten AGR-Einmündungsstelle, also im Sammelrohr angeordnet - eine für jede der Luftladeseiten A und B. In einer hier nicht gezeigten Ausführungsvariante kann die mindestens eine Schnellschlussklappe auch an beliebigen anderen Stellen des Luftpfades LL angeordnet sein.
Des Weiteren weist die Brennkraftmaschine 200 ein Motorsteuergerät ECU mit einem Steuergerät KST und einem Betriebsstundenzähler ZB auf. Dieses Motorsteuergerät ECU ist zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens, beispielsweise gemäß der Ausführungsform der 1, ausgebildet und verfügt über den hier symbolisch dargestellten Betriebsstundenzähler ZB.
Bezugszeichenliste

10: Motor
20: Gasmischer
30: Turbolader
100: Notfalleinrichtung
200: Brennkraftmaschine, BKM
ECU: Motorsteuergerät
GW1: erster Grenzwert
GW2: zweiter Grenzwert
KST: Steuergerät
LL: Luftpfad
SSK: Schnellschlussklappe
SSK-A: Schnellschlussklappe A
SSK-B: Schnellschlussklappe B
tB: Betriebsstundenzahl
ZB: Betriebsstundenzähler

Claims

Verfahren zur Steuerung einer Notfalleinrichtung (100) einer Brennkraftmaschine (200), insbesondere eines Dieselmotors oder eines Gasmotors, wobei die Notfalleinrichtung (100) mindestens eine Schnellstoppeinrichtung, insbesondere mindestens eine Schnellschlussklappe (SSK-A, SSK-B) umfasst, aufweisend die Schritte: - Initialisierung eines Betriebsstundenzählers (ZB) bei einem Auslösen der Notfalleinrichtung (100), - Erfassen der Betriebsstundenzahl (tB) der Brennkraftmaschine, - wiederholter Vergleich der erfassten Betriebsstundenzahl mit hinterlegten Grenzwerten, dadurch gekennzeichnet dass - bei Überschreiten eines ersten hinterlegten Grenzwertes ein Voralarmsignal ausgegeben wird und - bei Überschreiten eines zweiten hinterlegten Grenzwertes, der größer ist als der erste Grenzwert, ein Hauptalarmsignal ausgegeben wird, - auf das Hauptalarmsignal hin Auswahl einer nutzerdefinierten Aktion basierend auf Hersteller- und/oder Nutzereinstellungen.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die nutzerdefinierte Aktion eine Wiedergabe eines akustischen oder visuellen Alarmes umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die nutzerdefinierte Aktion ein Auslösen einer Startverblockung der Brennkraftmaschine umfasst.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die nutzerdefinierte Aktion ein Aktivieren der Notfalleinrichtung (100) umfasst.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Aktivieren der Notfalleinrichtung (100) ein Schließen der mindestens einen Schnellstoppeinrichtung umfasst.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass vor der Auswahl der nutzerdefinierten Aktion überprüft wird, ob die Brennkraftmaschine (200), insbesondere der Motor (10), steht und die nutzerdefinierte Aktion nur durchgeführt wird, wenn die Brennkraftmaschine (200), insbesondere der Motor (10), steht.
Steuergerät (KST) für eine Notfalleinrichtung umfassend mindestens eine Schnellstoppeinrichtung, insbesondere mindestens eine Schnellschlussklappe, in einem Luftpfad einer Brennkraftmaschine mit einem Betriebsstundenzähler, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät ausgebildet ist, ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6 durchzuführen.
Motorsteuergerät (ECU) für eine Brennkraftmaschine (200) mit einer Notfalleinrichtung (100) umfassend mindestens eine Schnellstoppeinrichtung, insbesondere mindestens eine Schnellschlussklappe (SSK-A, SSK-B), in einem Luftpfad (LL) der Brennkraftmaschine mit einem Betriebsstundenzähler (ZB), dadurch gekennzeichnet, dass das Motorsteuergerät ausgebildet ist, ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6 durchzuführen.
Steuereinrichtung für eine Brennkraftmaschine (200) mit einer Notfalleinrichtung (100) umfassend mindestens eine Schnellstoppeinrichtung, insbesondere mindestens eine Schnellschlussklappe (SSK-A, SSK-B), in einem Luftpfad (LL) der Brennkraftmaschine mit einem Betriebsstundenzähler (ZB), die ein Motorsteuergerät (ECU) und ein Steuergerät (KST) nach Anspruch 7 umfasst, wobei das Motorsteuergerät und das Steuergerät über einen Bus, insbesondere einen CAN-Bus, verbunden sind.
Brennkraftmaschine (200) mit einem Motor (10) und einer Notfalleinrichtung (100) umfassend mindestens eine Schnellstoppeinrichtung, insbesondere mindestens eine Schnellschlussklappe (SSK-A, SSK-B) in einem Luftpfad (LL) der Brennkraftmaschine und mit einem Steuergerät (KST) nach Anspruch 7, einem Motorsteuergerät (ECU) nach Anspruch 8 oder einer Steuereinrichtung nach Anspruch 9.